Bir Böcek Beyninin Şimdiye Kadarki İlk Eksiksiz Haritası Gerçekten Büyüleyici
İngiltere, ABD ve Almanya’dan araştırmacılardan oluşan dev bir ekip, 12 yıllık bir çalışmanın ardından, larva meyve sineğinin beynindeki her sinirsel bağlantıyı tanımlayan, bugüne kadarki en büyük ve en karmaşık beyin haritasını tamamladı.
Bir insan beyninin büyüklüğüne ve karmaşıklığına yakın olmasa da, toplam 3.016 nöron arasındaki 548.000 bağlantıyı kapsıyor.
Haritalama, beynin iki tarafı arasındaki ve beyin ile ventral sinir kordonu arasındaki etkileşimler de dahil olmak üzere farklı nöron türlerini ve bunların yollarını tanımlıyor. Bu da bilim insanlarını nörondan nörona sinyal hareketlerinin davranış ve öğrenmeye nasıl yol açtığını anlamaya yaklaştırıyor.
Johns Hopkins Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisi olan Joshua T. Vogelstein, “Kim olduğumuzu ve nasıl düşündüğümüzü anlamak istiyorsak, bunun bir parçası da düşünce mekanizmasını anlamaktır” diyor.
“Bunun anahtarı da nöronların birbirleriyle nasıl bağlantı kurduğunu bilmektir.”
Konnektom adı verilen bu muhteşem çok işlevli haritayı oluşturmak için araştırmacılar, yavru meyve sineğinin beyninin binlerce dilimini yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobuyla taradı. Daha sonra resimleri bir araya getirdiler ve daha önce topladıkları verilere ekleyerek nöronlar arasındaki her bir bağlantıyı titizlikle işaretlediler.
Bu, hem beynin her bir yarısında birbiriyle konuşan hücreleri hem de iki yarım küre arasında iletişim kuran hücreleri içeriyor ve beyindeki etkileşimleri derinlemesine incelemeyi mümkün kılıyor.
Beynin yarım küreleri benzersiz ve önemli işlevlere sahiptir, ancak karmaşık davranış ve biliş için her iki taraftan gelen bilgileri nasıl entegre ettikleri ve kullandıkları o kadar iyi anlaşılmamıştır.
Cambridge Üniversitesi’nden nörobilimci Marta Zlatic, “Beyin devresinin yapılandırılma şekli, beynin yapabileceği hesaplamaları etkiliyor” diyor.
“Ancak, bu noktaya kadar, yuvarlak solucan Caenorhabditis elegans, düşük bir kordalı iribaş ve hepsi birkaç yüz nörona sahip bir deniz annelidinin larvası dışında herhangi bir beynin yapısını görmedik.”
Ortadaki şekil nokta olarak temsil edilen nöronları ve bağlantıları temsil eden çizgileri göstermektedir. Benzer bağlantıya sahip nöronlar birbirine daha yakın gösterilmiştir. Şeklin etrafındaki sınır, farklı nöron biçimlerinin örneklerini göstermektedir. (Johns Hopkins Üniversitesi / Cambridge Üniversitesi)
Son zamanlarda bilim insanları insan beyninin haritasını çıkarmada ve farelerdeki nöral aktiviteyi takip etmede önemli ilerlemeler kaydetti, ancak odak noktası belirli bölgelerdi ve mevcut teknoloji hala insanlar gibi daha büyük hayvanlar için bir konektomu tamamlayacak kadar gelişmiş değil.
Ancak Zlatic şöyle açıklıyor: “Tüm beyinler birbirine benzer – hepsi birbirine bağlı nöronlardan oluşan ağlardır – ve tüm türlerin beyinleri birçok karmaşık davranışı gerçekleştirmek zorundadır: hepsinin duyusal bilgileri işlemesi, öğrenmesi, eylemleri seçmesi, çevrelerinde gezinmesi, gıdalarını seçmesi, türdeşlerini tanıması, yırtıcılardan kaçması vb. gerekir.”
Meyve sinekleri (Drosophila melanogaster) kolay çalışılabilir özellikleri, karmaşık ama kompakt beyinleri ve biz insanlarla birçok biyolojik benzerliği paylaşmaları nedeniyle popüler bir bilimsel araştırma modelidir.
Özellikle, araştırmacıların gözlemlediği bağlantılı yapıların, beynin öğrenmemizi ve öğrendiklerimizi hatırlamamızı sağlayan bölümündeki giren ve çıkan nöronlar arasında en çok tekrar eden yapılar olduğu belirlendi.
Ayrıca, belirlenen özelliklerden bazılarının makine öğrenimi için bazı bilgisayar ağlarına benzer şekilde çalıştığını buldular.
Meyve sineği larvası beyninde (Drosophila melanogaster) haritalanan nöronların ve sinapsların özellikleri. (Johns Hopkins Üniversitesi / Cambridge Üniversitesi)
Vogelstein, “Meyve sinekleri için kod hakkında öğrendiklerimizin insanlar için kod üzerinde etkileri olacaktır” diyor. “Anlamak istediğimiz şey bu – bir insan beyin ağına yol açan bir programın nasıl yazılacağı.”
Ekip, bir sonraki adımın, öğrenme ve karar verme gibi belirli davranışsal işlevlerde yer alan sinirsel yapı hakkında daha fazla bilgi edinmek ve böcek faaliyette bulunurken tüm konnektomun aktivitesine bakmak olacağını öne sürüyor.
Bir beynin haritasını çıkarmaya yönelik ilk çaba, 1970’lerde başlayan 14 yıllık bir C. elegans çalışmasıydı. Bu çalışma yuvarlak solucanın beyninin eksik bir haritasını çıkarmış ve sonunda bilim insanlarına Nobel Ödülü kazandırmıştı.
“50 yıl oldu ve bu ilk beyin konnektomu. Bu, bunu yapabileceğimizi gösteren bir bayrak” diyor Vogelstein.
“Her şey buna kadar çalışıyordu.”
Araştırma Science dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://www.sciencealert.com
Derleyen: Figen Berber